Клетка – генетическая единица живого. Деление клетки . Роль мейоза в обеспечении постоянства числа хромосом в поколениях
Термины и понятия, проверяемые в экзаменационной работе: анафаза, гамета, гаметогенез, деление клетки, жизненный цикл клетки, зигота, интерфаза, конъюгация, кроссинговер, мейоз, метафаза, овогенез, семенник, сперматозоид, спора, телофаза, яичник, строение и функции хромосом.
Хромосомы – структуры клетки, хранящие и передающие наследственную информацию. Хромосома состоит из ДНК и белка. Комплекс белков, связанных с ДНК, образует хроматин. Белки играют важную роль в упаковке молекул ДНК в ядре. Строение хромосомы лучше всего видно в метафазе митоза. Она представляет собой палочковидную структуру и состоит из двух сестринских хроматид, удерживаемых центромерой в области первичной перетяжки. Диплоидный набор хромосом организма называется кариотипом. Под микроскопом видно, что хромосомы имеют поперечные полосы, которые чередуются в различных хромосомах по-разному. Распознают пары хромосом, учитывая распределение, светлых и темных полос (чередование АТ и ГЦ – пар). Поперечной исчерченностью обладают хромосомы представителей разных видов. У родственных видов, например у человека и шимпанзе, сходный характер чередования полос в хромосомах.
Каждый вид организмов обладает постоянным числом, формой и составом хромосом. В кариотипе человека 46 хромосом – 44 аутосомы и 2 половые хромосомы. Мужчины гетерогаметны (половые хромосомы ХУ), а женщины гомогаметны (половые хромосомы XX). У-хромосома отличается от Х-хромосомы отсутствием некоторых аллелей. Например, в У-хромосоме нет аллеля свертываемости крови. В результате гемофилией болеют, как правило, только мальчики. Хромосомы одной пары называются гомологичными. Гомологичные хромосомы в одинаковых локусах (местах расположения) несут аллельные гены.
Жизненный цикл клетки. Жизненный цикл клетки – это период ее жизни от деления до деления. Клетки размножаются путем удвоения своего содержимого с последующим делением пополам. Клеточное деление лежит в основе роста, развития и регенерации тканей многоклеточного организма. Клеточный цикл подразделяют на интерфазу, сопровождающуюся точным копированием и распределением генетического материала и митоз – собственно деление клетки после удвоения других клеточных компонентов. Длительность клеточных циклов у разных видов, в разных тканях и на разных стадиях широко варьирует от одного часа (у эмбриона) до года (в клетках печени взрослого человека).
Интерфаза – период между двумя делениями. В этот период клетка готовится к делению. Удваивается количество ДНК в хромосомах. Удваивается количество других органоидов, синтезируются белки, причем наиболее активно те из них, которые образуют веретено деления, происходит рост клетки.
К концу интерфазы каждая хромосома состоит из двух хроматид, которые в процессе митоза станут самостоятельными хромосомами.
Митоз – это форма деления клеточного ядра. Следовательно, происходит он только в эукариотических клетках. В результате митоза каждое из образующихся дочерних ядер получает тот же набор генов, который имелародительская клетка. В митоз могут вступать как диплоидные, так и гаплоидные ядра. При митозе получаются ядра той же плоидности, что и исходное. Митоз состоит из нескольких последовательных фаз.
Профаза. К разным полюсам клетки расходятся удвоенные центриоли. От них к центромерам хромосом протягиваются микротрубочки, образующие веретено деления. Хромосомы утолщены и каждая хромосома состоит из двух хроматид.
Метафаза. В этой фазе хорошо видны хромосомы, состоящие из двух хроматид. Они выстраиваются по экватору клетки, образуя метафазную пластинку.
Анафаза. Хроматиды расходятся к полюсам клетки с одинаковой скоростью. Микротрубочки укорачиваются.
Телофаза. Дочерние хроматиды подходят к полюсам клетки. Микротрубочки исчезают. Хромосомы деспирализуются и снова приобретают нитевидную форму. Формируются ядерная оболочка, ядрышко, рибосомы.
Цитокинез – процесс разделения цитоплазмы. Клеточная мембрана в центральной части клетки втягивается внутрь. Образуется борозда деления, по мере углубления которой клетка раздваивается.
В результате митоза образуются два новых ядра с идентичными наборами хромосом, точно копирующими генетическую информацию материнского ядра.
В опухолевых клетках ход митоза нарушается.
ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ
Часть А
А1. Хромосомы состоят из
1) ДНК и белка 3) ДНК и РНК
2) РНК и белка 4) ДНК и АТФ
А2. Сколько хромосом содержит клетка печени человека?
1) 46 2) 23 3) 92 4) 66
А3. Сколько нитей ДНК имеет удвоенная хромосома
1) одну 2) две 3) четыре 4) восемь
А4. Если в зиготе человека содержится 46 хромосом, то сколько хромосом содержится в яйцеклетке человека?
1) 46 2) 23 3) 92 4) 22
А5. В чем заключается биологический смысл удвоения хромосом в интерфазе митоза?
1) В процессе удвоения изменяется наследственная информация
2) Удвоенные хромосомы лучше видны
3) В результате удвоения хромосом наследственная информация новых клеток сохраняется неизменной
4) В результате удвоения хромосом новые клетки содержат вдвое больше информации
А6. В какой из фаз митоза происходит расхождение хроматид к полюсам клетки? В:
1) профазе 3) анафазе
2) метафазе 4) телофазе
А7. Укажите процессы, происходящие в интерфазе
1) расхождение хромосом к полюсам клетки
2) синтез белков, репликация ДНК, рост клетки
3) формирование новых ядер, органоидов клетки
4) деспирализация хромосом, формирование веретена деления
А8. В результате митоза возникает
1) генетическое разнообразие видов
2) образование гамет
3) перекрест хромосом
4) прорастание спор мха
А9. Сколько хроматид имеет каждая хромосома до ее удвоения?
1) 2 2) 4 3) 1 4) 3
А10. В результате митоза образуются
1) зигота у сфагнума
2) сперматозоиды у мухи
3) почки у дуба
4) яйцеклетки у подсолнечника
Часть В
В1. Выберите процессы, происходящие в интерфазе митоза
1) синтез белков
2) уменьшение количества ДНК
3) рост клетки
4) удвоение хромосом
5) расхождение хромосом
6) деление ядра
В2. Укажите процессы, в основе которых лежит митоз
1) мутации 4) образование спермиев
2) рост 5) регенерация тканей
3) дробление зиготы 6) оплодотворение
ВЗ. Установите правильную последовательность фаз жизненного цикла клетки
А) анафаза В) телофаза Д) метафаза
Б) интерфаза Г) профаза Е) цитокинез
Часть С
С1. Что общего между процессами регенерации тканей, ростом организма и дроблением зиготы?
С2. В чем заключается биологический смысл удвоения хромосом и количества ДНК в интерфазе?
Ответы Клетка – генетическая единица живого. Часть А. А1 – 1. А2 – 2. А3 – 3. А4 – 2. А5 – 3. А6 – 3. А7 – 2. А8 – 4. А9 —3. А10 – 3.
Часть В. В1 – 1, 3, 4. В2 – 2, 3, 5. В3 – Б, Г, Д, А, В, Е.
Часть С. С1 В основе этих процессов лежит митоз.
С2 Биологический смысл этих процессов заключается в сохранении наследственной информации в потомстве материнской соматической клетки. Поэтому эта информация сначала удваивается, а затем снова распределяется между двумя дочерними клетками поровну.
Мейоз — это особый способ деления эукариотических клеток, в результате которого происходит переход клеток из диплоидного состояния в гаплоидное. Мейоз состоит из двух последовательных делений, которым предшествует однократная репликация ДНК.
Первое мейотическое деление (мейоз 1) называется редукционным, поскольку именно во время этого деления происходит уменьшение числа хромосом вдвое: из одной диплоидной клетки (2n 4c) образуются две гаплоидные (1n 2c).
Интерфаза 1 (в начале — 2n 2c, в конце — 2n 4c) — синтез и накопление веществ и энергии, необходимых для осуществления обоих делений, увеличение размеров клетки и числа органоидов, удвоение центриолей, репликация ДНК, которая завершается в профазе 1.
Профаза 1 (2n 4c) — демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления, «исчезновение» ядрышек, конденсация двухроматидных хромосом, конъюгация гомологичных хромосом и кроссинговер.Конъюгация — процесс сближения и переплетения гомологичных хромосом. Пару конъюгирующих гомологичных хромосом называют бивалентом. Кроссинговер — процесс обмена гомологичными участками между гомологичными хромосомами.
Профаза 1 подразделяется на стадии: лептотена (завершение репликации ДНК), зиготена (конъюгация гомологичных хромосом, образование бивалентов), пахитена (кроссинговер, перекомбинация генов), диплотена (выявление хиазм, 1 блок овогенеза у человека), диакинез (терминализация хиазм).
Метафаза 1 (2n 4c) — выстраивание бивалентов в экваториальной плоскости клетки, прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим — к центромерам хромосом.
Анафаза 1 (2n 4c) — случайное независимое расхождение двухроматидных хромосом к противоположным полюсам клетки (из каждой пары гомологичных хромосом одна хромосома отходит к одному полюсу, другая — к другому), перекомбинация хромосом.
Телофаза 1 (1n 2c в каждой клетке) — образование ядерных мембран вокруг групп двухроматидных хромосом, деление цитоплазмы. У многих растений клетка из анафазы 1 сразу же переходит в профазу 2.
Второе мейотическое деление (мейоз 2) называется эквационным.
Интерфаза 2, или интеркинез (1n 2c), представляет собой короткий перерыв между первым и вторым мейотическими делениями, во время которого не происходит репликация ДНК. Характерна для животных клеток.
Профаза 2 (1n 2c) — демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления.
Метафаза 2 (1n 2c) — выстраивание двухроматидных хромосом в экваториальной плоскости клетки (метафазная пластинка), прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим — к центромерам хромосом; 2 блок овогенеза у человека.
Анафаза 2 (2n 2с) — деление двухроматидных хромосом на хроматиды и расхождение этих сестринских хроматид к противоположным полюсам клетки (при этом хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами), перекомбинация хромосом.
Телофаза 2 (1n 1c в каждой клетке) — деконденсация хромосом, образование вокруг каждой группы хромосом ядерных мембран, распад нитей веретена деления, появление ядрышка, деление цитоплазмы (цитотомия) с образованием в итоге четырех гаплоидных клеток.
Биологическое значение мейоза. Мейоз является центральным событием гаметогенеза у животных и спорогенеза у растений. Являясь основой комбинативной изменчивости, мейоз обеспечивает генетическое разнообразие гамет.
Развитие половых клеток
Процесс формирования половых клеток называется га– метогенезом. У многоклеточных организмов различают сперматогенез – формирование мужских половых клеток и овогенез – формирование женских половых клеток. Рассмотрим гаметогенез, происходящий в половых железах животных – семенниках и яичниках.
Сперматогенез – процесс превращения диплоидных предшественников половых клеток – сперматогониев в сперматозоиды.
1. Сперматогонии делятся на две дочерние клетки – сперматоциты первого порядка.
2. Сперматоциты первого порядка делятся мейозом (1-е деление) на две дочерние клетки – сперматоциты второго порядка.
3. Сперматоциты второго порядка приступают ко второму мейотическому делению, в результате которого образуются 4 гаплоидные сперматиды.
4. Сперматиды после дифференцировки превращаются в зрелые сперматозоиды.
Сперматозоид состоит из головки, шейки и хвоста. Он подвижен и благодаря этому вероятность встречи его с гаметами увеличивается.
У мхов и папоротников спермии развиваются в антеридиях, у покрытосеменных растений они образуются в пыльцевых трубках.
Овогенез – образование яйцеклеток у особей женского пола. У животных он происходит в яичниках. В зоне размножения находятся овогонии – первичные половые клетки, размножающиеся митозом.
Из овогониев после первого мейотического деления образуются овоциты первого порядка.
После второго мейотического деления образуются овоциты второго порядка, из которых формируется одна яйцеклетка и три направительных тельца, которые затем гибнут. Яйцеклетки неподвижны, имеют шаровидную форму. Они крупнее других клеток и содержат запас питательных веществ для развития зародыша.
У мхов и папоротников яйцеклетки развиваются в архегониях, у цветковых растений – в семяпочках, локализованных в завязи цветка.
Онтогенез
Онтогенез
ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ
Часть А
А1. Мейозом называется процесс
1) изменения числа хромосом в клетке
2) удвоения числа хромосом в клетке
3) образования гамет
4) конъюгации хромосом
А2. В основе изменения наследственной информации детей
по сравнению с родительской информацией лежат процессы
1) удвоения числа хромосом
2) уменьшения количества хромосом вдвое
3) удвоения количества ДНК в клетках
4) конъюгации и кроссинговера
А3. Первое деление мейоза заканчивается образованием:
1) гамет
2) клеток с гаплоидным набором хромосом
3) диплоидных клеток
4) клеток разной плоидности
А4. В результате мейоза образуются:
1) споры папоротников
2) клетки стенок антеридия папоротника
3) клетки стенок архегония папоротника
4) соматические клетки трутней пчел
А5. Метафазу мейоза от метафазы митоза можно отличить по
1) расположению бивалентов в плоскости экватора
2) удвоению хромосом и их скрученности
3) формированию гаплоидных клеток
4) расхождению хроматид к полюсам
А6. Телофазу второго деления мейоза можно узнать по
1) формированию двух диплоидных ядер
2) расхождению хромосом к полюсам клетки
3) формированию четырех гаплоидных ядер
4) увеличению числа хроматид в клетке вдвое
А7. Сколько хроматид будет содержаться в ядре сперматозоидов крысы, если известно, что в ядрах ее соматических клеток содержится 42 хромосомы
1) 42 2) 21 3) 84 4) 20
А8. В гаметы, образовавшиеся в результате мейоза попадают
1) копии полного набора родительских хромосом
2) копии половинного набора родительских хромосом
3) полный набор рекомбинированных родительских хромосомы
4) половина рекомбинированного набора родительских хромосом
Часть В
В1. Биологическое значение мейоза заключается в поддержании постоянства видового числа хромосом создании условий для комбинативной изменчивости произвольном расхождении родительских хромосом по гаметам сохранении родительской наследственной информации без изменений увеличении числа хромосом в клетке сохранении полезных признаков организма при размножении
ВЗ. Установите правильную последовательность процессов, происходящие в мейозе
A) Расположение бивалентов в плоскости экватора
Б) Образование бивалентов и кроссинговер
B) Расхождение гомологичных хромосом к полюсам клетки
Г) формирование четырех гаплоидных ядер
Д) формирование двух гаплоидных ядер, содержащих по две хроматиды
Часть С
С1. Мейоз лежит в основе комбинативной изменчивости. Чем это объясняется?
С2. Сравните результаты митоза и мейоза
ответы Мейоз.Часть А. А1 – 3; А2 – 4; А3 – 2; А4 – 1; А5 – 1; А6 – 3; А7 – 2; А8 – 4.
Часть В. В1 – 1, 2, 3. В2 А – 2. Б – 1. В3 – Б, А, В, Д, Г.
Часть С. С1 В процессе мейоза происходят конъюгация и перекрест хромосом, а также их независимое распределение по гаметам. Это и приводит к появлению новых генетических комбинаций у потомков.
С2 В результате митоза из каждой диплоидной соматической клетки образуются две такие же диплоидные соматические клетки. В результате мейоза образуются гаплоидные гаметы или споры высших растений, наследственная информация которых отличается от первоначальной наследственной информации родителей. Митоз поддерживает неизменность наследственной информации, а мейоз, наоборот, направлен на создание новых генетических комбинаций.
